一种优化的模拟信号调理电路及其工作方法技术

本发明专利技术为了解决现有的模拟信号调理电路存在采用的器件较多，电路结构复杂，以及针对A/D转换器的单/双极性差别，电路设计灵活性较差的问题，提供一种优化的模拟信号调理电路及其工作方法。该调理电路，包括：有源二阶低通滤波电路构成的滤波模块，由偏置电路或者偏置选择电路与放大电路构成的放大偏置模块，偏置电路的输入端连接有源二阶低通滤波的输出端，偏置电路的输出端连接放大电路的输入端，放大电路的输出端输出经过调理的模拟信号。本发明专利技术优化了电路结构，减少器件的数量、缩短了传输距离，降低了故障率，节约了空间和成本；同时可针对单/双极性的A/D转换器进行工作模式灵活的切换，避免了调理电路的重复设计，节约了时间成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电路设计及其工作相关
，具体地说，涉及一种优化的模拟信号调理电路及其工作方法。
技术介绍
目前，调理电路是功率控制系统中模拟信号采集电路必备的环节，模拟信号需要经过调理后转化成合适的电气量送至采样芯片或DSP自带的A/D转换器，常用的模拟信号调理电路如图1所示，由跟随模块、放大模块、偏置模块和滤波模块4个部分组成。从图1中可以看出，现有的模拟信号调理电路存在采用的器件较多，存在电路结构复杂，信号传输距离长，占用面积大，故障率高，经济性差等问题。此外，A/D转换器有单极性和双极性之分，常用的模拟信号调理电路更适用于单极性的A/D转换器（例如DSP自带的A/D转换器），对于双极性的A/D转换器而言，实际上不需要偏置电路环节，适用于单极性的A/D转换器的调理电路，其他电路结构对于双极性的A/D转换器而言是冗余的。因此，在实际应用中，往往由于A/D转换器的单/双极性差别，造成重新设计调理电路，增加了时间成本，灵活性较差。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有的模拟信号调理电路存在采用的器件较多，电路结构复杂，信号传输距离长，占用面积大，故障率高，经济性差等问题，提供一种优化的模拟信号调理电路，进一步通过更合理的电路结构设计及工作模式的选择，解决由于A/D转换器的单/双极性差别，造成重新设计调理电路，增加了时间成本，灵活性较差的问题。本专利技术所需要解决的技术问题，可以通过以下技术方案来实现：本专利技术的第一方面，一种优化的模拟信号调理电路，其特征在于，包括：滤波模块，所述滤波模块为有源二阶低通滤波电路，有源二阶低通滤波的输入端输入初始模拟信号；放大偏置模块，所述放大偏置模块包括，偏置电路和放大电路，所述偏置电路的输入端连接有源二阶低通滤波的输出端，偏置电路的输出端连接放大电路的输入端，放大电路的输出端输出经过调理的模拟信号。本专利技术中，所述有源二阶低通滤波电路，包括第一运算放大器U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1和第二电容C2，所述第二电阻R2的两端分别连接第一电阻R1和第一运算放大器U1的同相输入端，第一电阻R1的另一端为有源二阶低通滤波电路的输入端；第一电容C1的一端连接第一电阻R1和第二电阻R2之间的连接点，另一端连接第一运算放大器U1的反向输入端；第二电容C2的一端与第一运算放大器U1的同相输入端相连，另一端接地；第一运算放大器U1的反相输入端与输出端相连，第一运算放大器U1的输出端是有源二阶低通滤波电路输出端。本专利技术中，所述偏置电路包括第三电阻R3、第四电阻R4和偏置电压Vref，所述第三电阻R3的一端为偏置电路的输入端，另一端为偏置电路的输出端；第四电阻R4的一端连接偏置电路的输出端，另一端连接偏置电压Vref。所述放大电路为同相放大电路，包括第五电阻R5、第六电阻R6和第二运算放大器U2，所述偏置电路的输出端连接第二运算放大器U2的同相输入端；所述第五电阻R5的一端连接第二运算放大器U2的反相输入端，另一端接地；所述第六电阻R6的两端分别连接第二运算放大器U2的反相输入端和输出端；第二运算放大器U2的输出端是放大电路的输出端。本专利技术的第二方面，另一种优化的模拟信号调理电路，其特征在于，包括：滤波模块，所述滤波模块为有源二阶低通滤波电路，有源二阶低通滤波的输入端输入初始模拟信号；放大偏置模块，所述放大偏置模块包括，偏置选择电路和放大电路，所述偏置选择电路设有偏置选择开关，所述偏置选择开关控制偏置电压是否接入偏置选择电路，所述偏置选择电路的输入端连接有源二阶低通滤波的输出端，偏置选择电路的输出端连接放大电路的输入端，放大电路的输出端输出经过调理的模拟信号。本专利技术中，所述有源二阶低通滤波电路，包括第一运算放大器U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1和第二电容C2，所述第二电阻R2的两端分别连接第一电阻R1和第一运算放大器U1的同相输入端，第一电阻R1的另一端为有源二阶低通滤波电路的输入端；第一电容C1的一端连接第一电阻R1和第二电阻R2之间的连接点，另一端连接第一运算放大器U1的反向输入端；第二电容C2的一端与第一运算放大器U1的同相输入端相连，另一端接地；第一运算放大器U1的反相输入端与输出端相连，第一运算放大器U1的输出端是有源二阶低通滤波电路输出端。本专利技术中，所述偏置选择电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、偏置选择开关和偏置电压Vref，所述第三电阻R3的一端为偏置电路的输入端，另一端为偏置电路的输出端；偏置选择开关的一端连接偏置电路的输出端，偏置选择开关的另一端连接第四电阻R4，第四电阻R4的另一端连接偏置电压Vref。所述偏置选择开关为跳针J，跳针J的两个管脚分别连接偏置电路的输出端和第四电阻R4。所述放大电路为同相放大电路，包括第五电阻R5、第六电阻R6和第二运算放大器U2，所述偏置电路的输出端连接第二运算放大器U2的同相输入端；所述第五电阻R5的一端连接第二运算放大器U2的反相输入端，另一端接地；所述第六电阻R6的两端分别连接第二运算放大器U2的反相输入端和输出端；第二运算放大器U2的输出端是放大电路的输出端。本专利技术的第三方面，一种优化的模拟信号调理电路的工作方法，经过调理的模拟信号输入A/D转换器，其特征在于，包括：1）判断经过调理的模拟信号拟输入的A/D转换器的极性；2）当拟输入的A/D转换器为单极性时，通过偏置选择开关接入偏置电压，当A/D转换器为双极性时，通过偏置选择开关不接入偏置电压。本专利技术的优化的模拟信号调理电路及其工作方法，摒弃了现有技术中调理电路由跟随模块、放大模块、偏置模块和滤波模块4个复杂部分组成的缺陷，优化了电路结构，减少器件的数量、缩短了传输距离，降低了故障率，大大节约了空间和成本；此外优化的模拟信号调理电路可针对单/双极性的A/D转换器进行工作模式灵活的切换，避免了调理电路的重复设计，节约了时间成本。附图说明以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本专利技术。图1为现有模拟信号调理电路的电路结构示意图。图2为本专利技术模拟信号调理电路第一种实施方式的电路结构示意图图3为本专利技术模拟信号调理电路第二种实施方式的电路结构示意图。图4为图3所示实施方式适用于单极性A/D转换器的等效电路结构示意图。图5为图3所示实施方式适用于双极性A/D转换器的等效电路结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本专利技术。本专利技术的主旨在于，通过对现有模拟信号的调理电路的电路结构和使用场景的分析，发现现有的模拟信号调理电路存在采用的器件较多，电路结构复杂，信号传输距离长，占用面积大，故障率高，经济性差等问题，针对A/D转换器的单/双极性差别，造成需要重新设计调理电路，增加了时间成本，存在灵活性较差的问题，通过本专利技术提供一种优化的模拟信号调理电路及其工作方法以解决上述问题。参见图2，在本实施方式的优化的模拟信号调理电路，包括滤波模块和放大偏置模块2个部分，相对于现有技术模块数量大为减少，电路结构大为精简，初始的模拟信号Uin经过滤波模块，再通过放大偏置模块输出合适的电气量Uout（经过调理的模拟信号）。在本实施方式中，滤波模块采用有源二阶低通滤波电路，有源二阶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种优化的模拟信号调理电路，其特征在于，包括：滤波模块，所述滤波模块为有源二阶低通滤波电路，有源二阶低通滤波的输入端输入初始模拟信号；放大偏置模块，所述放大偏置模块包括，偏置电路和放大电路，所述偏置电路的输入端连接有源二阶低通滤波的输出端，偏置电路的输出端连接放大电路的输入端，放大电路的输出端输出经过调理的模拟信号。

【技术特征摘要】
1.一种优化的模拟信号调理电路，其特征在于，包括：滤波模块，所述滤波模块为有源二阶低通滤波电路，有源二阶低通滤波的输入端输入初始模拟信号；放大偏置模块，所述放大偏置模块包括，偏置电路和放大电路，所述偏置电路的输入端连接有源二阶低通滤波的输出端，偏置电路的输出端连接放大电路的输入端，放大电路的输出端输出经过调理的模拟信号。2.根据权利要求1所述的一种优化的模拟信号调理电路，其特征在于：所述有源二阶低通滤波电路，包括第一运算放大器U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1和第二电容C2，所述第二电阻R2的两端分别连接第一电阻R1和第一运算放大器U1的同相输入端，第一电阻R1的另一端为有源二阶低通滤波电路的输入端；第一电容C1的一端连接第一电阻R1和第二电阻R2之间的连接点，另一端连接第一运算放大器U1的反向输入端；第二电容C2的一端与第一运算放大器U1的同相输入端相连，另一端接地；第一运算放大器U1的反相输入端与输出端相连，第一运算放大器U1的输出端是有源二阶低通滤波电路输出端。3.根据权利要求1所述的一种优化的模拟信号调理电路，其特征在于：所述偏置电路包括第三电阻R3、第四电阻R4和偏置电压Vref，所述第三电阻R3的一端为偏置电路的输入端，另一端为偏置电路的输出端；第四电阻R4的一端连接偏置电路的输出端，另一端连接偏置电压Vref。4.根据权利要求3所述的一种优化的模拟信号调理电路，其特征在于：所述放大电路为同相放大电路，包括第五电阻R5、第六电阻R6和第二运算放大器U2，所述偏置电路的输出端连接第二运算放大器U2的同相输入端；所述第五电阻R5的一端连接第二运算放大器U2的反相输入端，另一端接地；所述第六电阻R6的两端分别连接第二运算放大器U2的反相输入端和输出端；第二运算放大器U2的输出端是放大电路的输出端。5.一种优化的模拟信号调理电路，其特征在于，包括：滤波模块，所述滤波模块为有源二阶低通滤波电路，有源二阶低通滤波的输入端输入初始模拟信号；放大偏置模块，所述放大偏置模块包括，偏置选择电路和放大电路，所述偏置选择电路设有偏置选择开关，所述偏置选择开关控制偏置电压是否接入偏置选择电路，所述偏置选择电路的输入端连接有源二阶低通滤波...

【专利技术属性】
技术研发人员：王小明，罗亚桥，郑国强，高博，谢毓广，陈凡，郭力，徐斌，计长安，洪伟，丁津津，汪玉，李远松，俞斌，林哲敏，李圆智，
申请(专利权)人：国网安徽省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34